集成船载重力和gnss的测线式陆海高程传递方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种远距离跨海高程基准传递方法，尤其设及一种集成船载重力和 GNSS的测线式陆海高程传递方法。
【背景技术】
[0002] 高程作为基础地理空间信息，在国民经济建设和国防建设中具有举足轻重的作 用。
[0003] 海洋经济，港口工程、海洋运输、海洋养殖、海洋捕撰、海洋资源勘探和开发、海底 工程、海岸带工程、海洋环境保护、海洋灾害监测、海岛（礁）开发和保护等都需要丰富的高 程资料，需要统一陆图和海图的垂直基准，W构建统一的陆海空间信息基准。
[0004] 为了统一陆地和岛蜗的高程基准，应进行陆海高程联测。常用的陆海高程 联测方法有精密水准测量、静力水准测量、S角高程测量、海洋动力方法、GPS(Global 化sitioning System,全球定位系统）水准法和重力位方法等。其中，精密水准测量虽然精 度高，但是测站视距较短，当进行跨水域测量时，前后视距之差太大，无法实现长距离精密 跨海水准测量。
[0005] 静力水准法是采用连通管进行高程传递，由于跨海距离较长，不但要求连通管具 有极高的质量，而且为了保持流体静力平衡，必须保证连通管中的液体无气泡，还需考虑气 压差、密度差等因素对平衡状态的影响，费用十分昂贵。
[0006] 尽管世界上多个岛蜗的高程基准传递采用了 =角高程测量的方法，但众所周知的 是，=角高程测量方法只能测定任意两点之间的几何高差，因此，由=角高程测量直接推求 的正高或正常高将包含大地水准面不平行而引起的误差，同时还受到垂直折光差、垂线偏 差等的影响。在距离超过10千米时照准误差较大，有时甚至无法观测。所W该种方法误差 大，又对天气环境要求高，不适合长距离跨海高程传递。
[0007] 动力水准法，即验潮法，也称为海洋动力方法，又称潮位观测法，其原理是在两点 进行长期的潮位观测，求出两点的平均海平面，进而由一点的高程推求另一点的正高或正 常高。该种方法由于需要多年的潮软观测资料，周期长、代价高。一方面，区域平均海平面 与大地水准面有米级的差异；另一方面，海平面存在海面倾斜。
[000引因此，该方法对于远距离海岛（礁）高程传递的精度有待于改善。
[0009] GPS水准法的基本原理是首先利用陆地上大量GPS水准点拟合出区域（似）大地 水准面，再把拟合的（似）大地水准面外推到待求点，进而结合待求点的大地高求出正高/ 正常高来。一方面拟合的区域（似）大地水准面精度只有分米/厘米量级，另一方面外推 方法也带来误差。
[0010] 该种方法的前提是待求点和陆地上的Gl^s水准点在同一个拟合（似）大地水准面 上，随着距离增加该个前提逐渐会失去其合理性，该种误差在距离超过20千米时甚至能达 到分米级。另外就是GI^S水准点的测量误差W及GI^S水准点的分布影响。该方法是利用大 地高差与（似）大地水准面差距传递高程基准，所需经费较少，周期较短，方便实用。但是， 该种方法误差较大，不适合长距离跨海高程传递。
[0011] 根据重力位理论，在基于重力测量的区域（似）大地水准面精化基础上，利用GNSS 技术可W实现海岛（礁）高程传递。通过确定位于不同陆地和海岛（礁）的水准原点之间的 位差，从而统一各个国家高程基准，建立全球高程框架，提出通过水准测量和重力数据解算 位差，该需要大量的外业工作和复杂的计算，还受到政治因素的严重影响，同时海岛（礁） 上也无法直接联测到陆地。
[0012] 利用大地测量边值问题解算，可W进行垂直基准连接的方法。
[0013] 利用线性化固定重力边值问题进行了深圳和香港的高程比较，精度达到了厘米量 级，一方面深圳和香港距离较近，另一方面有较多的高精度重力资料。
[0014] 可W提出利用重力位差技术实现陆海高程传递，确定位差是一个十分耗时且复杂 的工作。
[0015] 基于重力位技术的高程传递，需要大量统一基准下的重力数据和GNSS测量；
[0016] 确定两地之间位差的大地测量边值问题（GBV巧的解也应用于高程统一。因为，重 力数据与地形是强相关的，因此，扣掉参考重力场模型之后的剩余重力可用于表述地球重 力场的高频分量。
[0017] 然而，该些方法需要区域高程（参考于区域高程基准），计算重力异常，重力归算 的基准就有差异。基于重力位理论，使用固定边值问题的解来进行高程基准统一。利用重 力位方法进行区域（似）大地水准面精化，需要大量的重力数据和复杂的算法，代价高、费 用昂贵、周期较长。
[0018] 中国专利申请CN101957193B公开了一种海岛礁高程传递的优化方法，其通过陆 地、海岸带、海岛礁重力数据的高度集成，通过高程基准系统差改正的空间重力异常数据计 算陆地与所传递海岛礁一致的高精度整体重力似大地水准面数值模型，最后利用计算区域 内的已知高程点，通过测量已知高程点的GI^S大地高和待测海岛礁点的GI^S大地高，完成海 岛礁的高程传递。
[0019] 上述技术方案的海岛礁高程传递的优化方法，由于其构建重力似大地水准面数值 模型，需要综合陆地、海岸带和海岛礁的重力数据，因而所需要观测数据量庞大、费用高，各 种类型数据进行统一的过程中会引进新的误差；更为关键的是，该种方法要构建精确的局 部重力似大地水准面范围相对较小，也就是说，其无法实现远距离的跨海高程传递。
【发明内容】
[0020] 本发明的目的是，提供一种实现跨海远距离、高精度、低代价远距离跨海高程基准 传递方法。
[002U 本发明为实现上述目的需要解决的技术问题是，如何利用集成船载重力仪和GNSS 远距离往返陆地和海岛（礁）一次，在一次船只往返中，沿船只航线进行海洋重力测量和 GNSS测量，W完成高精度测线式跨海高程基准传递的数据采集，并将基础数据进行运算处 理，W实现远距离跨海高程基准传递提高精度、减小系统误差的技术问题。
[002引本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种集成船载重力和GNSS的 测线式陆海高程传递方法，其特征在于，包括W下步骤：
[0023] 第一步，已知陆地上的高程基准点A的正高，用常用的GNSS方法测量其大地高和 用重力仪测量重力异常；
[0024] 第二步，用集成船载重力仪和GNSS航船沿陆地已知点A和海岛（礁）待测点B之 间的航线上往返一个航程，测量所经过的测线上的重力数据和GNSS =维坐标；
[0025] 第S步，在海岛（礁）待测点B用常用的GNSS方法测量其大地高和用重力仪测量 重力异常；
[0026] 第四步，利用EGM2008地球重力场模型，构建沿船只航线的重力异常自协方差矩 阵和重力一垂线偏差互协方差矩阵.
[0027] 对所采集到的沿船只航线重力数据和GNSS S维数据进行分析和处理，并利用 GNSSS维数据和处理过的实测沿船只航线的重力数据，优化重力异常方差矩阵和重力一垂 线偏差互协方差矩阵；
[002引第五步，将第四步处理完成的重力数据、重力异常方差矩阵和重力-垂线偏差互 协方差矩阵，运用最小二乘配置原理解算出垂线偏差，将结果代入天文水准公式，计算沿船 只航线点与陆地已知点A点之间的大地水准面差距之差；
[0029] 在计算的过程中，需要将计算得到的垂线偏差投影到船只测线方向上，并根据大 地高、正高和大地水准面起伏的关系计算船只航线测点的正高；
[0030] 第六步，根据第五步计算出的船只沿航线测点的正高，对第四步处理过的沿航线 重力数据进行空间重力异常归算；
[0031] 将归算后的重力数据运用最小二乘配置重新计算沿航线测点垂线偏差，计算结果 代入天文水准公式，重新修正沿船只航线测点大地水准面差距之差，并对A、B两点之间航 线的所有大